(57)【要約】    【課題】  膜磁気分離装置の大きさをよりコンパクトに安価にする。    【解決手段】  膜磁気分離装置のドラム状の濾過ユニット８を前処理水に没し、前処理水の濾過面積を広く取れるようにし、捕捉・移動手段である円筒体２２の内周に永久磁石２３を全面あるいは複数配置することにより、処理量増加に伴い円筒体を大きくする必要があっても、磁性フロック掻き取り手段の位置まで搬送されるまで、円筒体表面に小さな磁力でも付着可能とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性を有する被除去物が含まれる前処理水が供給される外槽と、
該外槽内に回転可能に設置され、外槽内に供給された前処理水中の被除去物が通過できない目開きの通水分離膜を中空のドラム形状の枠体の外周部に配列し、前記通水分離膜の前後の水位差を用いて前記前処理水を濾過して浄水化するドラム状の濾過ユニットと、
前記外槽内において該ドラム状の濾過ユニットが前記前処理水中にほぼ水没するように前記前処理水を前記外槽内に供給する供給手段と、
前記ドラム状の濾過ユニットを前記外槽内において前記前処理水中にほぼ水没した状態で回転させる回転駆動部と、
前記ドラム状の濾過ユニットの通水分離膜に堆積した被除去物を前記ドラム状の濾過ユニットの最上部近傍の手前において流体力によって前記通水分離膜の表面から剥離させる洗浄手段と、
該洗浄手段で剥離された磁性を有する被除去物に前記ドラム状の濾過ユニットの最上部近傍において磁気力を作用させて捕捉させて移動させるための捕捉・移動手段と、
該捕捉・移動手段で捕捉・移動された被除去物を掻き取る手段とを備えたことを特徴とする膜磁気分離装置。
【請求項２】
前記ドラム状の濾過ユニットの回転軸を前記外槽内において水平にしたことを特徴とする請求項１記載の膜磁気分離装置。
【請求項３】
前記捕捉・移動手段を、前記剥離された磁性を有する被除去物に磁気力を作用させる磁石手段と、該磁石手段による磁気力の作用によって前記剥離された磁性を有する被除去物を捕捉して移動させるための回転軸を水平にして回転する円筒状体とで構成して前記ドラム状の濾過ユニットの最上部近傍に設けたことを特徴とする請求項２記載の膜磁気分離装置。
【請求項４】
前記磁石手段を前記円筒状体の内周に配置された複数の磁石によって構成したことを特徴とする請求項３記載の膜磁気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水質浄化や固液分離等を行うための膜磁気分離装置に係り、特に被処理水中の磁性物質を通水分離膜により補足し、この磁性物質を剥離して磁気的に補足して排出するようにした膜磁気分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固液分離等を目的とし、細目の金網等を通水分離膜として粒子を膜で分離除去する浄化装置が実用に供されている。
【０００３】
従来の浄化装置では、ステンレスのウール状磁性細線等でフィルタ部を構成し、このフィルター部を磁場空間の中に配置し、そのフィルター部を被処理水が通過するように構成される。被処理物はフィルター部の開口部投影面積よりも大きい場合通過できず、捕捉分離され、フィルター部を透過した水は洗浄水となる。フィルター開口部の投影面積より小さい微細な汚濁物質も分離する場合には、被除去物である被処理水中の固形浮遊物や藻類、菌類、微生物等の汚濁物と磁性粉と凝縮剤によって数百マイクロメートル程度の大きさに結合された磁性フロックを形成することにより、数十マイクロメートルの開口部を有するフィルター部でも微細な汚濁物質を高い除去率で捕捉分離でき、水質の高い浄化水を得ることができる。
【０００４】
しかし、従来例では、フィルター部の入口側に被処理物が堆積すると、被処理水の通水を停止し、堆積した被処理物のあるフィルター部に洗浄水を逆方向から流してフィルター部を洗浄する。その洗浄水と剥離された被処理物の混合水をスラッジとして分離部系から排除し、フィルター部を洗浄再生した後、再び被処理水の通水を開始する構成としているため、スラッジの含水率が極めて大きくなるという課題があった。
【０００５】
スラッジは最終的には、トラック処分場や焼却場に運搬されたり、或いはコンポスト処理前にスラッジの含水率を小さくする必要が有り、遠心脱水機やベルトプレス機等の脱水手段を使用して脱水処理が行われる。脱水手段投入部でのスラッジの含水率が大きければ大きいほど、処理能力の大きい脱水手段が必要となり、装置コストや運転エネルギー費が増大するという課題があった。
【０００６】
この改善策として、特開２００２−２７３２６１号公報（特許文献１）及び特開２００３−１１７３１４号公報（特許文献２）に記載されているように、被除去物である被処理水中の固形浮遊物や藻類、微生物等の汚濁物を磁性粉に付着させ、数百マイクロメートル程度の大きさに結合させた磁性フロックを、磁場発生手段により捕捉する方法が知られている。図７はこの方法による膜磁気分離装置の縦断面図で、図８は図７の膜磁気分離装置の要部を断面で示した平面図である。開口部を持った膜３４が外周面が開口された中空のドラム形状をした枠体で形成されている濾過ユニット本体３５に水密性を持たせて取付けてあり、膜ユニットが構成されている。この膜ユニットは外槽３６に水密性を維持しながら回転摺動するように支持されており、モータ３７により回転している。一方、磁場発生手段を構成する磁石３８は、永久磁石群となるように円筒体３９の内部で支持材４０に固定されている。磁石３８群は、円筒体３９に近接して前処理水４１の液面部の高さ位置に対して配置されている。これにより、円筒体３９は、磁石３８群が近接している部分が磁場強度の大きい部分となり、これから離れている部分が磁場強度の小さい部分となる。この円筒体３９も外槽３６に水密性を維持しながらモータ４２により回転している。この装置では前処理水４１を開口部を持った膜３４が取付けてある濾過ユニットを通水させることにより、前処理水４１より磁性フロック４３を分離し、膜ユニット中央部の開口より浄化水４４を排出している。前処理水４１が膜３４を通水する動力は前処理水４１と浄化水４４との間の液面位差である。前処理水より分離された磁性フロック４３は、膜３４の表面に堆積するが、堆積した磁性フロック４３は濾過ユニットを反時計廻りに回転させることにより、前処理水４１の液面側に移動する。液面に移動した後、洗浄ノズル４５から放出される洗浄水４６により、液面側に剥離される。液面上に剥離された磁性フロック４３は磁石３８群及びそれに近接する円筒体３９の近傍に位置する為、剥離した磁性フロック４３は、磁石３８群の磁気勾配により円筒体３９の表面に移動し、付着する。円筒体３９は常に回転しているため、円筒体３９の表面に付着した磁性フロック４３は磁場強度の大きい部分より小さい部分に移送される。この移送された磁性フロック４３を、外槽３６にバネ等の弾性体を介して固定されている平板状のへら４７により掻き取ることにより、含水率の少ない高密度の被除去物のスラッジを排出できる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２７３２６１号公報
【０００８】
【特許文献２】特開２００３−１１７３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１及び２に記載された装置では、濾過ユニットに堆積した磁性フロックが大気部に移動したのち洗浄水により膜の表面に堆積した磁性フロックを剥離させており、濾過ユニットに取付けてある膜の一部が大気中に移動するため、前処理水中にある濾過膜面積が小さくなり、時間当たりの処理量である濾過能力が低下するという課題を有していた。
【００１０】
また、上記特許文献１及び２に記載された装置では、円筒体の表面に磁性フロックを付着させるための手段として、円筒体内部で磁石群を支持し磁場強度を得ているが、前処理水の処理量が増加、或いは磁性フロックの処理量の増加に伴い円筒体の径を大きくする必要がある。そのため、円筒体の径を大きくするほど、掻き取り位置まで円筒体の表面に磁性フロックを付着させるための、大きな磁力を有した磁石が必要となり、実用的には超電導磁石が使用される関係で、非常に高価な装置となってしまうという課題を有していた。
【００１１】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、時間当たりの処理量である濾過能力を向上させて、装置をより小さくコンパクトに、安価に実現できるようにした膜磁気分離装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、さらに、剥離された磁性フロックを効率良く捕捉・移動できるようにして、装置をより小さくコンパクトに、安価に実現できるようにした膜磁気分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、捕捉・移動手段をドラム状の濾過ユニットの最上部近傍に設置することにより、供給手段によって外槽内に供給される前処理水中にドラム状の濾過ユニットをほぼ水没させることを可能にし、より広い濾過面積を得ることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、ドラム状の濾過ユニットの最上部近傍に設置された捕捉・移動手段として、円筒状体と円筒状体の内周に複数配置することを特徴とする。
【００１５】
即ち、本発明は、磁性を有する被除去物が含まれる前処理水が供給される外槽と、該外槽内に回転可能に設置され、外槽内に供給された前処理水中の被除去物が通過できない目開きの通水分離膜を中空のドラム形状の枠体の外周部に配列し、前記通水分離膜の前後の水位差を用いて前記前処理水を濾過して浄水化するドラム状の濾過ユニットと、前記外槽内において該ドラム状の濾過ユニットが前記前処理水中にほぼ水没するように前記前処理水を前記外槽内に供給する供給手段と、前記ドラム状の濾過ユニットを前記外槽内において前記前処理水中にほぼ水没した状態で回転させる回転駆動部と、前記ドラム状の濾過ユニットの通水分離膜に堆積した被除去物を前記ドラム状の濾過ユニットの最上部近傍の手前において内部から浄化水を噴出させる流体力によって前記通水分離膜の表面から剥離させる洗浄手段と、該洗浄手段で剥離された磁性を有する被除去物に前記ドラム状の濾過ユニットの最上部近傍において磁気力を作用させて捕捉させて移動させるための捕捉・移動手段と、該捕捉・移動手段で捕捉・移動された被除去物を掻き取る手段とを備えたことを特徴とする膜磁気分離装置である。
【００１６】
また、本発明は、前記ドラム状の濾過ユニットの回転軸を前記外槽内において水平にしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記捕捉・移動手段を、前記剥離された磁性を有する被除去物に磁気力を作用させる磁石手段と、該磁石手段による磁気力の作用によって前記剥離された磁性を有する被除去物を捕捉して移動させるための回転軸を水平にして回転する円筒状体とで構成して前記ドラム状の濾過ユニットの最上部近傍に設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記磁石手段を前記円筒状体の内周に配置された複数の永久磁石によって構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、前処理水の処理に必要な有効濾過面積をより広く得ることができる膜磁気分離装置をより小さくコンパクトに、しかも安価に実現できる。
【００２０】
また、本発明によれば、磁性体の付着をより小さい磁力の磁石で実現できるため、更に、膜磁気分離装置をより小さくコンパクトに、安価にできるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る膜磁気分離装置の実施の形態について図面を用いて説明する。即ち、本発明に係る膜磁気分離装置は、有効濾過面積をより広く得るという目的を、従来装置と同じ部品点数で、同じ処理量で有れば、装置の大きさをより小さく出来るように構成した。
【００２２】
本発明に係る膜磁気分離装置の一実施の形態を図１〜図６を用いて説明する。図１は本発明に係る膜磁気分離装置の一実施の形態を示す正面断面図である。特許文献１に記載されているように、被処理水である原水は、水源（例えば貯水池）から導管及び大きなゴミを取る為のフィルタを通り、ポンプによって原水貯槽に汲み上げられる。この原水に四三酸化鉄等の磁性粉、ｐＨ調整剤、アルミニュウムイオンや鉄イオンを提供する凝集剤及び高分子補強剤等を加え、例えば攪拌槽に供給される。攪拌槽では撹拌されて、被処理水中の固形浮遊物や藻類、微生物等の汚濁物を磁性粉に付着させ、数百マイクロメートル程度の大きさに結合された磁性フロック１を含んだ前処理水２が生成される。該生成された磁性フロック１を含んだ前処理水２は例えばポンプ等によって矢印Ａで示すように通水口２１より外槽３に通水される。
【００２３】
濾過ユニット本体５は、膜４が全周に亘って取付けられる外周面が開口され、外槽３に支持される円筒部（中空軸９）の片側の端部が浄化水１７を水槽（図示せず）内に供給できるように開口された中空のドラム形状をした枠体で形成されている。通水分離膜を構成する膜４は、ステンレス鋼の細線、或いはポリエステル繊維等で網状構成され、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの目開きの開口部を有している。この膜４は、円筒形をした、濾過ユニット本体５の外周に分割して取付けられるように長方形に形成される。そして、一対の枠６（図５参照）は、膜４の両側から外周を挟んで保持するように、膜４の両側を例えばエポキシ樹脂等の接着剤で気密的に接着して、図6に示す膜ユニット７を構成する。多数の膜ユニット７は、濾過ユニット本体５の外周面に全周に亘って配列されて水密性をもってビス等で取り付けられる。
【００２４】
以上説明したように、ドラム状の濾過ユニット８は、中空のドラム形状をした枠体で形成される濾過ユニット本体５の外周面に全周に亘って多数の膜ユニット７を水密性を持って配列して構成される。
【００２５】
そして、回転する水平な中空軸９は、上記ドラム状の濾過ユニット８を複数段（この実施例では１段）取付けるように、複数段の濾過ユニット８の中央を貫通して設けられる。上記中空軸９の両端は、外槽３のノズル１０内に挿入され、摺動抵抗が小さい高分子材料等で製作されたリング状の摺動体１５、１６で水密性を維持しながら回転摺動するように支持される。上記中空軸９の一端側には、中空軸９に回転力を伝えるためのスプロケット１２が取付けられた閉止板１１が取付られる。そして、モータ１４の回転駆動力は、動力伝達手段である、チェーン１３によりスプロケット１２を介して中空軸９に伝えられ、図１においては濾過ユニット８ともに反時計方向に回転させられることになる。上記中空軸９の他方端側は、浄化水１７を供給するように、外槽３のノズル１０より外方において開口されている。
【００２６】
更に、後述するように、捕捉・移動手段を構成する円筒体２２をドラム状の濾過ユニット８の最上部近傍に設置したことにより、ドラム状の濾過ユニット８を、前処理水２の液面の若干下に水没するよう配置されることを可能にした。その結果、供給手段（例えばポンプ等）により前処理水の外槽３内への供給量を多くして濾過ユニット８を前処理水中に水没させることにより、濾過ユニット８に取付けられたすべての膜４を同時に前処理水２の濾過に使用することが可能となった。このようにして、ドラム状の濾過ユニット８は、通水口２１より通水された磁性フロック１を含んだ前処理水２で水没した状態で外槽３内で中空軸９を中心にモータ１４からの回転駆動力により回転させられることになる。
【００２７】
ところで、上記通水分離膜４に堆積した被除去物を前記通水分離膜４の表面から流体力で剥離させる洗浄手段としての洗浄水配管１８は、ドラム状の濾過ユニット８の最上部近傍の手前（ドラム状の濾過ユニット８の時計回転方向側）に、図４に示すように、中空軸９内に同軸に伸びるように設けられ、その中央配管と膜４の内側に対向して配置された洗浄ノズル１９に連通するように中空軸９を貫通して中空軸方向に延びる配管とから構成される。この洗浄水配管１８には別手段（図示せず）により圧力と一定の流量をもった浄化水２０が供給される。そして、後述するように、捕捉・移動手段を構成する円筒体２２をドラム状の濾過ユニット８の上部に設置したことにより、洗浄ノズル１９は、図1に示すように、前処理水２の液面下方に位置する部分で、前処理水２の水面に向かって、濾過ユニット８の垂直直線上より回転方向とは若干手前位置に、膜４の全幅にわたって洗浄水２０を噴射できるように設けられている。
【００２８】
従って、外槽３に設けられた通水口２１より別手段（図示せず）により供給された磁性フロック１を含んだ前処理水２は別手段（図示せず）により濾過ユニット７より若干高い水面を維持しながら供給しても、通水分離膜４の表面から流体力（洗浄ノズル１９からの洗浄水２０の噴射力）で剥離された磁性フロック１を捕捉・移動手段により捕捉して移動させることが可能となる。
【００２９】
一方、捕捉・移動手段を構成する円筒体（円筒状体）２２は、非磁性のステンレス鋼製やプラスチック製等で形成されており、図１に示すように、前処理水２の中に一部を没するように、濾過ユニット８の上部に一定の間隔を有して配置される。円筒体２２の内周には複数の永久磁石２３が円周上に配置され、固定されている。複数の永久磁石２３により構成される磁石群は、磁力が大きくなるように配置した工夫がなされている。本実施例では円周４等分に配置しているが、全円周面に配置又は複数等分に配置しても構わない。この円筒体２２には、図３及び図４に示すように、両端に軸３２が取付けてあり、軸３２を中心に回転可能に配置され、軸３２は外槽３のノズル２４内に挿入され、摺動抵抗が小さい高分子材料等で製作されたリング状の摺動体２５、２６で水密性を維持しながら回転摺動するように支持されている。軸３２の一端側には回転力を伝えるためのスプロケット２７が取付けてあり、動力伝達手段である、チェーン２８によりモータ２９の回転動力を軸３２に伝え、モータ２９により時計廻りに回転させられる。
【００３０】
更に、掻き取り手段を構成する平板状のヘラ３０は外槽３に固定、支持され、支持部より円筒体２２側にばね等の弾性体又はウエイト３１を設けることにより、円筒体２２の表面に軽く接触するように配置されている。へら３０の反円筒体２２側には、へら３０で掻き取った磁性フロックを貯蔵、排出さるための排出槽３３が設けられている。
【００３１】
以上説明したように、外槽３に設けられた通水口２１より別手段により供給された磁性フロック１を含んだ前処理水２は、ポンプ等の別手段（図示せず）によりドラム状の濾過ユニット８よりも若干高い水面を維持しながら外槽３内に供給される。その結果、外槽３内においてドラム状の濾過ユニット８は、前処理水２の中に水没することになる。そして、ドラム状の濾過ユニット８は図1に示すように、モータ１４により中空軸９を中心に反時計廻りに回転する。前処理水２は浄化水１７との水位差を通水動力として、膜４を通水する。このとき膜４の開口部より大きい磁性フロック１は膜４の表面に付着し堆積する。同時に、濾過ユニット８は反時計廻りに回転しているため、膜４は必ず１回転に１回、洗浄水２０の位置を通過し、洗浄水２０により洗浄され、膜４より前処理水２の液面近くで磁性フロック１が剥離され、前処理水２の水面上に磁性フロック１が浮遊する状態となる。ここで、浮遊した磁性フロック１が前処理水２の水面で拡散しないように水面の開口面積を小さくし、円筒体２２を囲むようにすることも有効である。
【００３２】
このように、前処理水２の液面近くに剥離された磁性フロック１は円筒体２２に設けてある、永久磁石２３群の磁気勾配により円筒体２２の表面に付着する。円筒体２２は常に回転しているため、円筒体２２に付着した磁性フロック１は円筒体２２と共に回転する。円筒体２２と共に回転した磁性フロック１は、円筒体２２の表面に接している平板状のへら３０によって掻き取られ、排出槽３３に排出される。このようにして含水率の少ない高密度の被除去物のスラッジを排出する。なお、へら３０による掻き取り部分では永久磁石２３の磁力を弱めることが好ましい。
【００３３】
以上説明したように、本発明による実施の形態によれば、濾過ユニットに取付けられている膜全てを処理水中に没するため、全ての膜が一度に濾過として使用できるため、有効濾過面積を大きくすることができ、同一処理量で有れば装置をよりコンパクトにすることができる。また、捕捉・移動手段の円筒体にある永久磁石を磁力の小さな磁石で対応可能となる。
【００３４】
本発明によれば、被処理水中の藻類、菌類、微生物、油分および油田で用いられる随伴水中の油等の汚濁物を磁性粉と凝縮剤により分離する装置等の水処理用途全般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る膜磁気分離装置の一実施の形態を示す正面断面図である。
【図２】本発明に係る濾過ユニット要部の一実施の形態を示した平面断面図である。
【図３】本発明に係る円筒体要部の一実施の形態を示した平面断面図である。
【図４】本発明に係る膜磁気分離装置の一実施の形態を示す側面断面図である。
【図５】本発明に係る枠の平面図である。
【図６】本発明に係る膜ユニットの平面図である。
【図７】従来例の正面断面図である。
【図８】従来例の図７の要部を示す平面断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…磁性フロック、  ２…前処理水、  ３…外槽、  ４…膜、  ５…濾過ユニット本体、  ６…枠、  ７…膜ユニット、  ８…ドラム状の濾過ユニット、  ９…中空軸、  １０…ノズル、  １１…閉止板、  １２…スプロケット、  １３…チェーン、  １４…モータ、  １５…摺動体、  １６…摺動体、  １７…洗浄水、  １８…洗浄水配管、  １９…洗浄ノズル（洗浄手段）、  ２０…浄化水、  ２１…通水口、  ２２…円筒体（円筒状体）（捕捉・移動手段）、  ２３…永久磁石、  ２４…ノズル、  ２５…摺動体、  ２６…摺動体、  ２７…スプロケット、  ２８…チェーン、  ２９…モータ、  ３０…ヘラ、  ３１…ウエイト、  ３２…軸、  ３３…排出槽。
【図１】
2005230666.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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